JP4606054B2 - 軸流ファン - Google Patents
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Description
本発明は軸流ファンに関する。
従来、回転可能なボス部とボス部の外周に取り付けられた複数の翼を備えた軸流ファンとして、例えば特許文献１では、最大反り位置を翼弦長の２０〜４０％の範囲に設けることで、迎え角の変化に対して圧力変動を抑え、これにより騒音を低減させたものが開示されている。
また、非特許文献１には、迎え角の変化のない条件において最大反り位置が翼弦長の３０％程度の翼形状は低騒音であることが示されている。
特開平２−２３３８９９号公報
日本機械学会論文集４４巻３８０号
しかしながら、翼の外周端は閉じられていないために外周端を介して翼の圧力面から負圧面に巻き込む漏れ渦が発生する。この渦は大きな速度変動を有する乱流として、送風上流側から送風下流側に流れる主流にのって、速度変動の大きな領域を拡大しながら送風下流側に流れる。この乱流領域をボス部の回転に伴い次の翼が通過することで、騒音が発生する。このように、気流が翼に沿って滑らかに流れる翼内周側では騒音低減効果が得られるものの、翼外周側では十分な効果が得られない。
そこで、本発明は、翼の外周端で発生する巻き込み渦による騒音を抑制した軸流ファンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る軸流ファンは、
所定の軸周りに回転可能なボス部およびボス部の外周に取り付けられた複数の翼を備え、ボス部の回転により送風上流側から送風下流側へ空気を流す軸流ファンであって、各翼は、内周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より前縁側に位置し、外周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より後縁側に位置するように形成され、かつ、回転方向において隣接する前翼及び後翼は、前翼の外周端における前縁を通り入口角にて延在する直線に対して後翼の後縁を送風上流側に位置させて配置されることを特徴とする。
所定の軸周りに回転可能なボス部およびボス部の外周に取り付けられた複数の翼を備え、ボス部の回転により送風上流側から送風下流側へ空気を流す軸流ファンであって、各翼は、内周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より前縁側に位置し、外周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より後縁側に位置するように形成され、かつ、回転方向において隣接する前翼及び後翼は、前翼の外周端における前縁を通り入口角にて延在する直線に対して後翼の後縁を送風上流側に位置させて配置されることを特徴とする。
本発明によれば、外周端の最大反り位置が後縁側に位置するため、翼の外周端で巻き込み渦が発生するものの強い乱れの発生領域は翼の圧力面と負圧面との圧力差が最も大きな最大反り位置およびその近傍であるため、強い乱れは、ボス部の回転方向に関して渦が発生する翼の下流側に位置する翼と干渉する前に翼間を抜けることができ、その結果、騒音の発生を抑制できる。
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る軸流ファンの一実施形態を示す。この軸流ファン２は、不図示のモータに回転駆動連結されたボス部４と、ボス部４の外周に取り付けられた複数（図の例では３つ）の翼６とを備える。
翼素の無数の集まりとして定義される各翼６は、各翼素が反りを有する翼である。各翼素のキャンバー線（mean line)の最大反り位置は、ボス部４に接続される内周端では前縁６Ｌから翼弦長（前縁６Ｌと後縁６Ｔを結ぶ直線である翼弦線(chord line)の長さ）の５０％の位置(以下、中間位置という。）より前縁側［図２（ａ）］、外周端では中間位置より後縁側［図２（ｂ）］、内周端から外周端に向けて中間位置より前縁側で滑らかに変化し平均径（内周端の径と外周端の径の和の１／２）の翼素よりも外周側から急峻に後縁側に変化する分布となっている。図１の一点鎖線Ｌｍａｘは、キャンバー線の最大反り位置を結ぶ線、破線Ｌｍｅａｎは、中間位置を結ぶ線である。
かかる構成を備えた軸流ファン２のボス部４を図１の矢印Ａ方向に回転駆動すると、翼６に沿って空気が流れ、その結果、紙面垂直方向表側の空気が紙面垂直方向裏側に送り込まれる。
軸流ファン２の利点を説明するために、比較例として図３に示す軸流ファン２’について言及する。この軸流ファン２’は、各翼６’の各翼素のキャンバー線の最大反り位置が全幅にわたって中間位置より前縁６Ｌ’側に分布していることを除き、軸流ファン２と同一の構成を有する。この軸流ファン２’のボス部４をＡ方向に回転駆動すると、図４を参照して、翼６ａ’では、上述したように外周端を介して翼の圧力面から負圧面に巻き込む漏れ渦Ｖが発生する。この渦Ｖは大きな速度変動を有する乱流として、送風上流側から送風下流側に流れる主流にのって、速度変動の大きな領域を拡大しながら送風下流側に流れる。乱れは、翼の圧力面と負圧面との圧力差が最も大きな部位、すなわち最大反り位置およびその近傍で強い。この強い乱れは、回転方向Ａに関して翼６ａ’の下流側に位置する翼６ｂ’と干渉するために、騒音が大きくなる。
これに対し、本実施形態では、図５を参照して、翼６ａの外周端を介して圧力面から負圧面に巻き込む漏れ渦Ｖは発生するが、外周端の最大反り位置が後縁側に位置するため、強い乱れの発生箇所が図３の構成に比べて主流方向下流側となる。したがって、この強い乱れは、回転方向Ａに関して翼６ａの下流側に位置する翼６ｂと干渉する前に翼間を抜け、その結果、騒音の発生が抑制される。また、翼周りを滑らかに気流が通過する内周側では最大反り位置を中間位置よりも前縁６Ｌ側に位置させることで、内周側で翼の負圧面側の流れが安定し、揚力変動が生じにくく、その結果、騒音低減効果が得られる。
（実験）
本発明者は、最大反り位置が内周側で翼弦長の３０％、外周側で７０％の翼を備えた軸流ファンについて、最大反り位置が翼弦長の７０％である領域の幅（外周端から内周側に向かう長さ）を変更させて騒音特性を調べた。さらに、最大反り位置が全幅にわたって翼弦長の３０％の翼を備えた軸流ファン、全幅にわたって翼弦長の７０％の翼を備えた軸流ファンについても騒音特性を調べた。実験結果を図６に示す。図において、横軸は、翼幅（ボス部中心から外周端までの距離−ボス部中心から内周端までの距離）に対して、翼弦長の７０％の領域の幅の比を示す。縦軸は、各軸流ファンの比騒音レベル（＝騒音レベル−１０ｌｏｇ（風量×静圧２））と、最大反り位置が全幅にわたって翼弦長の３０％の翼で構成された軸流ファンの比騒音レベルの差を示す。
本発明者は、最大反り位置が内周側で翼弦長の３０％、外周側で７０％の翼を備えた軸流ファンについて、最大反り位置が翼弦長の７０％である領域の幅（外周端から内周側に向かう長さ）を変更させて騒音特性を調べた。さらに、最大反り位置が全幅にわたって翼弦長の３０％の翼を備えた軸流ファン、全幅にわたって翼弦長の７０％の翼を備えた軸流ファンについても騒音特性を調べた。実験結果を図６に示す。図において、横軸は、翼幅（ボス部中心から外周端までの距離−ボス部中心から内周端までの距離）に対して、翼弦長の７０％の領域の幅の比を示す。縦軸は、各軸流ファンの比騒音レベル（＝騒音レベル−１０ｌｏｇ（風量×静圧２））と、最大反り位置が全幅にわたって翼弦長の３０％の翼で構成された軸流ファンの比騒音レベルの差を示す。
図に示すように、好ましくは外周端から内周側に向けて翼幅の約５０％以内の領域において、より好ましくは外周端から内周側に向けて翼幅の約３０％以内の領域において、最大反り位置を翼弦長の７０％に設定することにより騒音が低減することがわかる。この結果は、最大反り位置が内周側で前縁から翼弦長の３０％、外周側で７０％の翼以外の翼を備えた軸流ファン、内周側で中間位置より前縁側、外周側で中間位置より後縁側の翼（最大反り位置が３箇所以上の場合や最大反り位置が連続的に変化する場合（後述）も含む。）を備えた軸流ファンについても同様に成り立つことが本発明者により確認されている。
以上の説明は、本発明の一実施形態にかかるもので本発明はこれに限らず、種々改変可能である。例えば、上記実施形態では、最大反り位置分布Ｌｍａｘは、内周端から外周側に向けて滑らかに変化し平均径（内周端の径と外周端の径の和の１／２）の翼素よりも外周側で急峻に後縁側に変化するような曲線となっているが、内周端の最大反り位置を中間位置より前縁側に位置し、外周端の最大反り位置を中間位置より後縁側に位置するようにすれば、任意の曲線が可能である。例えば、図７に示す軸流ファン２ａの翼６ａのように、最大反り位置分布Ｌｍａｘを直線状にしてもよい。この場合、上記実施形態と同様の効果を有するとともに、翼面（上面および下面）は滑らかとなり、埃などによる翼面の汚れも生じにくく応力集中による軸流ファンの強度の低下を防止できる。
２ 軸流ファン
４ ボス部
６ 翼
６Ｌ 前縁
６Ｔ 後縁
Ｌｍａｘ キャンバー線の最大反り位置を結ぶ線
Ｌｍｅａｎ 翼弦長の５０％の位置を結ぶ線
Ａ 翼の回転方向
４ ボス部
６ 翼
６Ｌ 前縁
６Ｔ 後縁
Ｌｍａｘ キャンバー線の最大反り位置を結ぶ線
Ｌｍｅａｎ 翼弦長の５０％の位置を結ぶ線
Ａ 翼の回転方向
Claims (3)
- 所定の軸周りに回転可能なボス部およびボス部の外周に取り付けられた複数の翼を備え、ボス部の回転により送風上流側から送風下流側へ空気を流す軸流ファンであって、
各翼は、内周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より前縁側に位置し、外周端のキャンバー線の最大反り位置を翼弦長の５０％の位置より後縁側に位置するように形成され、かつ
回転方向において隣接する前翼及び後翼は、前翼の外周端における前縁を通り入口角にて延在する直線に対して後翼の後縁を送風上流側に位置させて配置されることを特徴とする軸流ファン。 - 最大反り位置を、外周端から内周側に向けて翼幅の５０％以内の領域において翼弦長の５０％の位置より後縁側に設定することを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
- 最大反り位置を、外周端から内周側に向けて翼幅の３０％以内の領域において翼弦長の５０％の位置より後縁側に設定することを特徴とする請求項２記載の軸流ファン。
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